Datenstrukturen
Liste
Eine Liste („Array“) ist eine Datenstruktur, die verwendet wird, um einen beliebigen Datentyp (oder eine andere Struktur) in geordneter Weise zu speichern. Eine Liste ist die Datenstruktur, die du wahrscheinlich am häufigsten benutzen wirst. Sagen wir, wir wollen den Punktestand eines Spielers speichern. Wir könnten eine Liste wie die oben abgebildete verwenden. Die Liste hat eine „Box“ für jeden Wert. Die Daten, die in einer Liste gespeichert sind, werden „Elemente“ genannt.
Eine Liste.
Um eine Liste zu erstellen, gibst du ihren Inhalt in eckigen Klammern an und trennst die einzelnen Elemente durch Kommas:
from microbit import *
high_scores = [25, 20, 10, 15, 30] # Erstelle eine Liste und speichere einige Werte in ihr.
print(high_scores[0]) # Gibt 25 aus
print(high_scores[3]) # Gibt 15 aus
Den Wert eines der Elemente in einer Liste zu finden ist einfach, solange du im Hinterkopf behältst, dass
Python die Elemente ab ‚0‘ zählt. In der high_scores Liste oben, ist high_scores[0] 25 und
high_scores[3] ist 15.
Hier kannst du auch sehen, dass auf bestimmte Elemente in einer Liste über ihren Index zugegriffen werden kann.
Außerdem ist es möglich, Listen zu zerschneiden, um nur einen Teil der Liste abhängig vom Index zu erhalten.
Wenn du nur die ersten drei willst, kannst du high_scores[0:3] schreiben, oder, da wir bei 0 anfangen, können
wir es zu high_scores[:3] abkürzen. Beachte, dass der rechte Endpunkt immer ausgeschlossen ist, also bezieht
sich der obige „Ausschnitt“ auf das mathematische Intervall [0,2].
Natürlich besitzt Python schon Funktionen für die Arbeit mit Listen. Der folgende Codeschnipsel berechnet die Summe aller Elemente und berechnet dann den durchschnittlichen Punktestand.
punkte_gesamt = 0
for punkte in high_scores: # Für jedes Element ...
punkte_gesamt = punkte_gesamt + punkte
durchschnitt = punkte_gesamt / len(high_scores) # Die Funktion len() gibt die "Länge" der Liste zurück
Das Gleiche kann sogar in einer Zeile mit der Funktion sum gemacht werden:
durchschnitt_kurzfassung = sum(high_score) / len(high_score)
Da du nicht unbedingt weißt, welche Werte in der Liste sein werden, oder wie groß die Liste sein wird, ist es
nützlich, die append Funktion zu kennen. Du kannst sie zum Beispiel benutzen, um eine Liste mit
Temperaturmesswerten oder Beschleunigungsmessungen zu füllen:
from microbit import *
temperaturaufzeichnungen = [] # Erstelle eine leere Liste
for i in range(100): # 100 Temperaturwerte hinzufügen
temperaturaufzeichnungen.append(temperature())
sleep(1000)
Die for Schleife wird 100 mal ausgeführt und i hat Werte von 0 bis 99. Dadurch wird die Temperatur
jede Sekunde für 100 Sekunden gemessen und der Wert an das Ende der Liste angefügt.
Das Löschen von Elementen aus einer Liste ist genauso einfach:
high_scores.delete(24)
Dadurch wird das erste Element mit dem Wert 24 gelöscht. Alternativ kannst du auch ein Element an einer bestimmten Position löschen, wenn du es kennst:
high_scores.pop(3)
Dies löscht oder ‚poppt‘ das Element an der angegebenen Position in der Liste. Beachte, dass:
high_scores.pop()
das letzte Element in der Liste löscht.
Tipp
Du kannst hier nachschauen, um weitere nützliche Methoden für Listen zu sehen.
Bemerkung
Du fragst dich vielleicht, ob Strings als Liste betrachtet werden können. Auch wenn ein String ein Array von Zeichen ist und wir sogar ähnliche Operationen mit ihnen durchführen können
(wie z.B. Slicing), sind sie beide unterschiedliche Objekttypen mit unterschiedlichen Methoden (versuche dir(str) und dir(list) in deiner Konsole einzugeben).
Sortieren
Oft wirst du die Daten in deiner Liste sortiert haben wollen, zum Beispiel bei der Implementierung von
Suchalgorithmen. In Python ist es einfach, Listen zu sortieren, indem man die sort() Funktion verwendet:
high_scores = [25, 20, 10, 15, 30]
high_scores.sort()
Du kannst nicht nur Zahlen sortieren - der optionale Parameter key= erlaubt es dir, deine eigene Funktion für
den Vergleich von Elementen in deiner Liste anzugeben (zum Beispiel, wenn du eine Liste von Strings nach der Länge
sortieren willst, kannst du die Funktion len() als Parameter übergeben). Die Übergabe von false an den Parameter
reverse= erlaubt es dir, in absteigender Reihenfolge zu sortieren.
list = ['länger', 'kurz', 'am längsten']
# Liste in aufsteigender Reihenfolge der Stringlänge sortieren
list.sort(key=len)
# Liste in absteigender Reihenfolge der Stringlänge sortieren
list.sort(key=len, reverse=True)
Tupel
Tupel sind ähnlich wie Listen, da sie verwendet werden, um eine geordnete Folge von Elementen zu speichern, die normalerweise einen unterschiedlichen Datentyp haben.:
high_scores_unveraenderlich = (25, 20, 10, 15, 30)
Du kannst Werte auf die gleiche Weise wie mit Listen abrufen, aber der wichtigste Unterschied ist, dass Tupel
unveränderlich sind. Das bedeutet, dass du in der high_scores Liste oben, den Wert einzelner Elemente
ändern kannst:
high_scores[0] = 42
Der Versuch, einen Wert innerhalb von high_scores_unveraenderlich zu ändern, gibt jedoch einen
TypeError: Object tuple does not support item assignment zurück. Sobald du Werte
innerhalb eines Tupels zugewiesen hast, können sie nicht mehr geändert werden.
Die Veränderbarkeit ist ein weiterer Unterschied zwischen Strings und Listen - während Listen veränderbar sind, sind es Strings nicht.
Set
Im Gegensatz zu Listen und Tupeln, enthalten Sets eine ungeordnete Sammlung von Elementen ohne Duplikate. Das ermöglicht das Testen der Zugehörigkeit oder das Entfernen doppelter Elemente.
set = {8, 12, 22}
# Ein einzelnes Element zum Set hinzufügen.
set.add(42)
# Mehrere Elemente zum Set hinzufügen
set.update([16, 32, 64])
# Entferne ein Element aus dem Set - gibt einen Fehler aus, wenn das Element nicht im Set ist
set.remove(42)
# Entferne ein Element wenn es im Set vorhanden ist
set.discard(42)
Da ein Set eine ungeordnete Sammlung von Elementen ist, ist eine Indexierung nicht möglich. Python unterstützt typische Set-Operationsmethoden:
set_a = {1,2,3,4,5}
set_b = {4,5,6,7}
set_c = {1,2}
# Überprüfung auf Zugehörigkeit
2 in set_a
# Gib Elemente in der Schnittmenge von set_a und set_b zurück
set_a.intersection(set_b)
# Gib true zurück, wenn set_a alle Elemente von set_c enthält
set_a.issuperset(set_c)
Ein leeres Set wird mit der Methode set() erzeugt, da die Verwendung von geschweiften Klammern ein leeres
Dictionary erzeugt (siehe unten).
Für weitere Methoden, siehe Python Dokumentation.
Alle Elemente innerhalb eines Sets sind einzigartig
Dictionary
Ein Dictionary ist ein ungeordnetes Set von Schlüssel : Wert Paaren. Es ist eine Regel, dass
alle Schlüssel eindeutig sind und keine Duplikate haben. Anders als Listen oder Tupel, die durch Zahlen
indiziert werden, kannst du einen Wert aus einem Dictionary abrufen, indem du den Schlüssel als Index verwendest.
Hier ein Vergleich zwischen List und Dictionary:
Zum Beispiel kannst du die Highscores aller Spieler auf diese Weise speichern:
game_register = { 'googolplex': 100,
'terminat0r': 27,
'r00t': 150,
'dent': 42,
'teapot418' : 0 }
# auf Elemente zugreifen
game_register['dent']
# Hinzufügen oder aktualisieren eines bestehenden Eintrags
game_register['pepper'] = 50
# Einen Eintrag löschen
del game_register['pepper']
# Alle Einträge löschen
game_register.clear()
# Das Dictionary löschen
del game_register
# Rufe einen Wert für den Schlüssel oder den Standardwert ab, wenn er nicht im Dictionary steht
game_register.get('dent')
Übungsaufgaben
Verwende die micro:bit Liste
Image.ALL_CLOCKSund durchlaufe alle Elemente in der Liste mit einer for Schleife und zeige sie auf dem LED Bildschirm an.Verwende dieselbe Elementeliste und zeige nur Elemente mit einem durch 3 teilbaren Index.
Sortiere eine Integer-Liste (z.B.
Liste = [20, 112, 45, 80, 23]) anhand der letzten Ziffer jedes Elements und behalte ihre relativen Positionen bei, falls die Ziffer gleich ist (das Ergebnis wäre in diesem Fall[20, 80, 112, 23, 45]).Erstelle eine eigene Animation mit einem Tupel und spiele sie auf dem micro:bit LED Bildschirm ab.
Programmiere den microbit so, dass er beim Drücken einer Taste eine Kompassmessung vornimmt und die Ergebnisse in einem Tupel speichert.
Schreibe ein Programm, das die Gesten, die der microbit erkennt, und die Anzahl ihrer Erkennung in einem Dictionary festhält.